【手続補正書】
【提出日】平成18年1月23日(2006.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】  制御部とウエハにプラズマ処理を施すための処理室を有するプラズマ処理装置において、
前記処理室が、処理室内部の処理状態を検出し複数の出力信号を出力するプラズマ状態検出手段を備え、
前記制御部が、過去のウエハ処理結果の情報と当該過去のウエハ処理時のプラズマ状態検出データ、および両者を相関付ける関係式を記憶する機能と、前記プラズマ状態検出手段からの処理室状態検出結果と前記関係式から処理結果の予測値を算出する機能と、算出された処理結果の予測値によって処理室状態を評価する機能とを具備する
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】  請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
製品ウエハの処理を実施し、
前記制御部が、過去の製品ウエハ処理結果の情報と当該過去の製品ウエハ処理時のプラズマ状態検出データ、および両者を相関付ける関係式を記憶し、
製品ウエハ処理時におけるプラズマ状態検出手段からのプラズマ状態検出データと前記関係式から処理結果の予測値を算出し、算出された処理結果の予測値から処理室状態を評価することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項３】  請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
ダミー基板の処理を実施し、
前記制御部が、過去のダミー基板処理結果の情報と当該過去のダミー基板処理時のプラズマ状態検出データ、および両者を相関付ける関係式を記憶し、
ダミー基板処理時におけるプラズマ状態検出手段からのプラズマ状態検出データと前記関係式から処理結果の予測値を算出し、算出された処理結果の予測値から処理室状態を評価することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項４】  請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
製品ウエハ処理が施された時期と近い時期に製品処理と近似した条件によってダミー基板の処理を実施し、
処理装置の制御部が、当該ダミー基板処理結果の情報と製品ウエハ処理時のプラズマ状態検出データ、および両者を相関付ける関係式を記憶し、
製品処理時におけるプラズマ状態検出手段からのプラズマ状態検出データと前記関係式から、その時点でダミー基板を処理した場合の結果の予測値を算出し、算出された処理結果の予測値から処理室状態を評価することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項５】  請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置において、
プラズマ状態検出結果と前記関係式から算出された処理結果の予測値が、あらかじめ設定した既定値を超えた場合に、その旨を知らせるか表示することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】  請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置おいて、
当該プラズマ処理装置において処理される製品種毎に、処理結果と前記関係式を持つことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項７】  請求項２に記載のプラズマ処理装置のプラズマ処理方法において、
製品ウエハの処理を実施し、算出された処理結果の予測値が、あらかじめ設定した閾値以上である場合、以降の製品ウエハの処理を行なわないことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項８】  請求項３に記載のプラズマ処理装置のプラズマ処理方法において、
ダミー基板の処理を実施し、算出された処理結果の予測値が、あらかじめ設定した閾値以上である場合、以降のダミー基板の処理を行なわないことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項９】  請求項４に記載のプラズマ処理装置のプラズマ処理方法において、
製品処理と近似した条件によってダミー基板の処理を実施し、算出された処理予測値が、あらかじめ設定した閾値以上である場合、以降の製品ウエハの処理を行なわないことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項１０】  請求項１に記載のプラズマ処理装置において、
ダミー基板の処理を実施し、
前記制御部が、過去の近似条件によるダミー基板処理結果の情報と当該過去のダミー基板処理と同時期のプラズマ状態検出データ、および両者を相関付ける関係式を記憶し、
ダミー基板処理時におけるプラズマ状態検出手段からのプラズマ状態検出データと前記関係式から処理結果の予測値を算出し、算出された処理結果の予測値から処理室状態を評価することを特徴とするプラズマ処理装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
次に、特許文献２に開示された例では、多数のモニタ値を検出し、さらに多変量解析を用いることによって装置状態の変動を監視するという工夫がなされているが、加工結果にどのような影響を与えるかが考慮されていない。すなわち、影響を与える検出値と影響を与えない検出値が存在するはずであり、装置状態の変動が検出された場合、必ず加工結果に影響を与えるとは言えない。影響を与えるとしても、検出値がどの程度振れた場合にどの程度の加工結果のシフトにつながるかなどを考慮する必要がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
また、本発明では、製品基板処理時のプラズマ状態検出データと製品処理結果情報を相関付ける関係式をデータベースとして持って、製品処理後にプラズマ状態検出データと前記相関関係式とから製品処理結果の予測値を算出するだけでなく、ダミー基板の処理時のプラズマ状態検出データと同時期に実施された製品処理結果を相関付ける関係式をデータベースとして持って、ダミー基板放電によるプラズマ状態検出データと相関関係式とから、今仮に、製品処理を行なった場合の処理結果の予測値を算出することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
何回連続して閾値を超えたかで、あるいは警告の積算回数で警告のレベルわけをするのも有効である。１回閾値から外れても、次のウエハ処理時に閾値許容値内に戻った場合には軽度の警告として着工は続けるが、３回連続して閾値を外れた場合には着工禁止としてメンテナンスを実施する、あるいは閾値が外れた積算回数がある設定値を超えたらメンテナンスを実施するなど、装置運用上の応用ができる。なお、データベース内の相関式は、ある期間を決めて新しいデータを使ったものに更新するのが望ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
次に、図４〜図５を用いて本発明の第二の実施例を説明する。エッチング装置は、処理枚数が多くなるとエッチング加工時に発生する反応生成物が、装置内壁面に付着して徐々に付着量を増して行く。付着量が増してある程度の膜厚になると、付着物が剥離してウエハ上に落下してパターンショートを起こすような事態が生じる。このような事態に対処するために、定期的に装置を大気に状態に開放して、水や有機溶剤によって付着物を除去する、いわゆるウェットクリーニングと称される清掃作業が実施される。ウェットクリーニングの後は、装置内壁面の表面に水分子が吸着していたり付着物を完全に除去した結果として、装置壁面の表面状態が活性な状態にある。その結果として、水分子の処理室雰囲気への放出や付着物の吸着・脱離現象が顕著になり、ウェットクリーニング直後は、ＣＤ寸法やエッチングレートが処理枚数にともなって変動する現象が生じる場合がある。加工寸法が微細であればあるほどこのような変動要因は大きく影響することになる。本発明は、変動状態の監視に有効であり、ウェットクリーニング後の着工判断に用いることができる。本実施例は、エッチングレートの監視例に適用した場合について説明する。図４に本実施例で行う演算のフローを示したものを、図５に演算結果の表示を示す。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
レート測定には、膜厚検査装置へのウエハの搬送や検査に要する時間など、多くの時間が必要になる。このような検査を行うために装置を停止させることによる生産性の低下は非常に大きい。本発明によれば、図５に示したように、エッチングレートの計算値を、エッチング終了後に直ちに表示することができる。図５ではプロット点がレートを計算した予測結果であり、間の矢印１８で示した部分がＳｉベア基板をエッチングした部分である。例えば、製品処理が可能となる、あるエッチングレートの値１７を設定しておき、設定値１７の範囲に入った場合に着工可能である情報を知らせることにより、効率の良い生産を実現することが可能となる。着工可能情報を知らせる方法は、前述したものと同じく、ブザーなどの音でも良いし、操作パネルへの表示、もしくは装置オペレーターのパーソナルコンピューターへの表示などでもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
エッチングを行なっているのはダミー基板であるが、プラズマ状態を検出したダミー基板とほぼ同じ時期にエッチング処理した製品のＣＤ寸法で関係式を作っているために、算出される計算値は、その時点で製品を処理した場合の処理結果の予測値を算出していることになる。ダミー基板は、製品と同じ膜材質であることが望ましいが、ゲート電極のようなポリシリコンをエッチングする場合には、ベアＳｉでも類似の材質であるためにプラズマ状態検出データは非常に似たものとなり、十分に算出可能である。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４０】
しかしながら、必ずしも製品処理の直前または直後でなければならないわけではなく、要求される製品の精度によって許容される時間差が変わってくる。要は、ウエハ一枚あたりのエッチングによってどの程度、壁状態や部品消耗が進むかということと、対象とするデバイスがその変化に対してどの程度敏感か、ということになる。鈍感な製品、すなわち形状のシフトが変化して多少電気特性が変わっても問題としない製品と、これが非常に問題となる製品では問題となる時間が異なることになる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
実際には、０．１８μｍ幅形状のポリシリコンエッチングの場合に、数時間から十数時間開いていても精度良く予測することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
次に、図９〜図１１を用いて本発明の第四の実施例を説明する。本実施例は、エッチングレートの変動監視に適用した例について説明するものであり、特にゲート電極加工時の下地酸化膜エッチングレート変動の監視等に有効である。図９は本実施例を説明するためのゲート電極加工の概略断面図である。ここでは、ポリシリコンの単層膜でゲート電極を形成する例について説明する。図９において、２１はシリコン基板、２３は基板１上にＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等によって形成されたポリシリコン膜でありゲート電極になる。２２はゲート酸化膜、２４はエッチング処理によって加工する領域を開口したフォトレジストである。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
ゲート電極のエッチングは、通常同一条件で一気にポリシリコン２３をエッチングするのではなく、まず、１）ポリシリコンが数十ｎｍ程度残るまで高速でエッチングを行なうメインエッチングと称されるステップ、２）ポリシリコン２３を完全にエッチングするステップであり、メインエッチングステップよりも下地ゲート酸化膜２２のエッチングレートが低い、すなわちポリシリコンのエッチングが完了してもゲート酸化膜がエッチングされにくいジャストエッチングと称されるステップ、３）基板の段差や残渣をエッチングする、やはり下地ゲート酸化膜２２のエッチングレートが低いオーバーエッチングと称されるステップで実施される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
上記の２）や３）の条件は、酸化膜のエッチングレートは極めて小さいが、対象のゲート酸化膜２２は、例えば数ｎｍ〜１ｎｍ程度と極めて薄いために、小さいながらもエッチングレートの変動が発生してレートが上がると、局部的にゲート酸化膜２２がエッチングされて無くなり下のＳｉ基板に貫通孔が空いてしまう、いわゆる抜けという現象が発生する。上記の２）や３）の条件は、ゲート酸化膜に対してはエッチングレートが低いもののＳｉに対してはレートが高いために、ゲート酸化膜が抜けると２５に示したようにゲート酸化膜２２の下に位置するＳｉ基板２１が削り込まれてデバイスが正常に作動せず不良になる。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
このようなゲート酸化膜の抜けによる不良を防止するために、通常はある一定間隔、例えば一日に一枚など、酸化膜のレート検査を実施することが一般的である。レート検査は、酸化シリコン膜をＳｉ基板上にある膜厚堆積させたレート測定用基板を用いて、実際にエッチングすることにより行なう。ここで例えば、レート検査とレート検査の合間に、装置のプラズマ状態になんらかの変動が発生して、レートが上昇するような事態が発生した場合には、次にレート検査を実施するまでゲート酸化膜の抜けの異常に気が付かずに製品処理を行うこととなる。結果として不良製品を作りこむことになり、損害は莫大な額にのぼる。さらに、レート検査用の基板は、Ｓｉ基板上にシリコン酸化膜を形成する必要があるために、検査用ウエハとはいっても高価なものである。つまり、ゲート酸化膜のエッチングレートの変動を、このようなレート検査を実施することなく、製品処理の間のプラズマ状態検出データからの情報で監視できれば、高価なレート測定用基板を消費せずに、不良品を作りこむことも無くなるなど大きな効果を得ることができる。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
すなわち、ゲート酸化膜２２は、その上に設けたポリシリコン２３を完全にエッチングする結果削られることとなり、局所的にピンホールのような形態で抜けが生じ、さらにその下地であるＳｉ基板２１の抜け２５が生じるが、このような抜けによる不良を検出するには、実際の製品におけるレートとして実測することは非常に困難である。本発明によれば、ダミー基板のエッチングレートを着工可否の判断の指標に用いることによって、ピンホールの発生を実測することなく判断することができる。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
データベース部１３には、上記したレート測定用ダミー基板エッチング時のエッチングレートのデータと製品ウエハ処理のプラズマ状態検出データ、ならびに両データから両者の関係式（モデル式）を記憶させておく。製品ウエハのプラズマ状態検出データは、ポリシリコンをエッチングし終わってゲート酸化膜をエッチングしている場合のプラズマが対象となるので、ジャストエッチステップであればポリシリコンのエッチングが終わった後のデータ、すなわちジャストエッチステップ終了前のデータ、もしくはオーバーエッチ条件のデータを用い、モデル式を作る。製品Ａが着工された場合、データベース部から信号演算部にプラズマ状態検出データとダミー基板エッチング時のエッチングレートのデータとの関係式を呼び出し、製品Ａのエッチング処理が終了した際に、プラズマ状態検出手段８、９から送られてきたデータを、データベース部から信号演算部に呼び出した関係式によって計算し、エッチングレートの算出を行なう。ここで算出される値は、もし、仮に、この時点でゲート酸化膜と同じ材質の膜を形成したダミー基板を、製品Ａのジャストエッチステップ、あるいはオーバーエッチ処理と近似した条件でエッチングした場合のエッチングレートになる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】符号の説明
【補正方法】変更
【補正の内容】
【符号の説明】
１  処理チャンバ
２  基板
３  プラズマ
４  資料台
５  プラズマ生成用電極
６  ガス供給手段
７  ガス排気手段
８、９  プラズマ状態検出手段
１０  プラズマ処理装置制御部
１１  信号処理演算部
１２  装置状態監視部
１３  データベース部
１４、１７  閾値
２１  Ｓｉ基板
２２  ゲート酸化膜
２３  ポリシリコン
２４  フォトレジスト
２５  基板削れ